A villamos energia minősége I.
2008/4. lapszám | Kerekes Zoltán | 7663 |
Figylem! Ez a cikk 18 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Már az előző lapszámban megjelent, a villamosenergia-monitoring rendszerekről szóló cikkünk keretében is fel kívántuk hívni a figyelmet a villamosenergia-minőség nem megfelelő mivoltából eredő problémák megelőzésére/megszüntetésére irányuló prevenciós (elméleti és gyakorlati) ismeretek fontosságára. Ennek folytatását képezi egy a Villamos energia minősége néven megjelenő cikksorozat, amelynek első része egy kevésbé publikált témával, a flicker (villogás) jelenséggel foglalkozik. A témaválasztást elsősorban a figyelemfelkeltés szándéka motiválta, ezért bizonyos részek a műszaki magyarázat hiányában, csak az olvasó adott területen szerzett szakmai ismereteivel kiegészülve, vagy az adott témát érintő, később megjelenő cikk által válnak teljes értékűvé.
A flicker jelenséget (a feszültség effektív értékének kismértékű, ciklikus, gyors változását) az MSZ EN 50160:2001 szabvány a következőképpen definiálja: Időben ingadozó fényességű vagy színképi eloszlású, fényinger által létrehozott látásérzet-ingadozás hatása. Mint az a definícióból is kitűnik, a szabvány elsősorban ezen jelenség (feszültségminőség problémája) emberre gyakorolt fiziológiai hatását emeli ki. Ennek oka, hogy a villogás (a káros műszaki hatásain túlmenően) élettani hatása elsődleges fontosságú egy technológiai folyamat egészét tekintve, nagymértékben befolyásolja ugyanis egy termelési környezet ergonómiáját. A nem megfelelő munkakörnyezet következtében a kezelőszemélyzet idő előtti kimerültsége hatványozottan jelentkezik, a koncentráció- képesség pedig ennek megfelelően nagymértékben lecsökken. Az idézett definíció rövid műszaki magyarázata pedig az, hogy az elektromos készülékeknek (pl. izzólámpák stb.) a megfelelő működésük érdekében állandó effektív értékű feszültség biztosítása szükséges. Bizonyos változó teljesítményű fogyasztói berendezések, illetve hálózati folyamatok okozta feszültségingadozások következtében azonban az előírt feszültségminőség nem teljesül, így üzemviteli problémák jelentkeznek.
A flicker jelenséget okozó fogyasztói berendezések, illetve hálózati folyamatok az alábbiak lehetnek:
- hegesztőkészülékek;
- villamos ívkemencék;
- szélturbinák;
- nagy teljesítményű motorok indítása (pl. kompresszorok, szivattyúk stb.);
- ingadozó terhelések stb.
A felsorolt hálózati folyamatok, illetve berendezések jellegéből (üzemviteléből) már következtetni lehet a feszültségváltozás elsődleges okára. Az pedig nem más, mint a terhelések meddő teljesítmény-összetevőjének időbeli nagymértékű változása. Mielőtt azonban a jelenség kompenzálásának módozatait bemutatnánk, ismerkedjünk meg az erre érzékeny gyártmányokkal.
Mint már jeleztük, az izzó-fényforrások fényárama különösen érzékeny az ellátási feszültségben bekövetkező kismértékű változásokra. Az 1. ábra egy 230 V/50 Hz/ 60 W névleges teljesítményű izzó fényáramában bekövetkező változásokat illusztrálja a forrásfeszültség változásának függvényében. Az ábra felső görbéje a fényáram alakulását szemlélteti, míg az alsó görbéje a forrásfeszültség időbeli alakulását mutatja. Jól látható, hogy a fényáram normál tartománya (középső szakasza) a feszültségingadozás hatására nagymértékben csökken. Megjegyzés: az ember mindazonáltal nem csak a feszültségváltozás nagyságára érzékeny, hanem annak frekvenciájára is. Mint már említettük, ennek a jelenségnek az élettani vonatkozásai igen összetettek. Hatással vannak látásunkra, ezáltal agyunk reakcióit is befolyásolhatják. A villogó fényforrások rossz közérzetet, így a munkaminőség területén negatív hatásokat eredményezhetnek, néhány helyzetben pedig balesetveszélyt is hordoznak magukban. Indukciós motorok esetében a feszültségingadozások a forgatónyomatékban bekövetkező változásokat (csökkenéseket) okoznak, melyek így kihatnak a teljes termelési technológiára is. A legrosszabb esetben akár túlzott rezgéshez is vezethetnek, melyek nagymértékben csökkenthetik a motor élettartamát.
Statikus egyenirányítók (DC) esetében a feszültségingadozás szokásos hatása a teljesítménytényező csökkenése és a nem jellemző felharmonikus, illetve köztes harmonikusok megjelenése. Működési szempontok alapján elsősorban kommutációs problémák jelentkeznek, amelyek eredménye a rendszerelemekben bekövetkező nagymértékű kár.
A villogás jelenség villamos hálózaton történő terjedésének ismerete elsődleges fontosságú hatásmechanizmusának megértése érdekében. Képzeljünk el egy egyszerűsített, de komplex villamos hálózatot, amelynek kisfeszültségű hálózati részén található a villogás forrása (azaz a keletkező zavarok a középfeszültségű hálózat irányába terjednek). Ebben az esetben a villogás jelenség mértéke (a rövidzárlati teljesítmények következtében) szinte teljes mértékben lokálisnak tekintendő, azaz a kisfeszültségű oldalon keletkező zavarok csökkent (minimális) mértékben befolyásolják a középfeszültségű hálózati rész üzemviszonyait. Ennek kiváló gyakorlati példája az, amikor egy irodában a nagy teljesítményű fénymásoló/nyomtató készülék használatakor az épület egy másik szintjén is megjelenik a feszültségingadozás okozta villogás jelensége, miközben nem jelentkezik egy más transzformátorkörzetről ellátott (azonos épületrészben lévő) épületgépészeti helyiségben.
Nem ilyen kedvező a helyzet azonban, ha a flicker forrása a középfeszültségű hálózaton található. Mivel a kis- és középfeszültségű hálózati pontok közötti reaktancia sokkal kisebb, mint az ugyanazon kisfeszültségű hálózati pont és a föld közötti reaktancia, ezért a villogás jelenség mértéke szinte változatlanul (csillapítatlanul) megjelenik a kisfeszültségű oldalon. Erre példa lehet egy budapesti üzemegység, melynek középfeszültségű villamos hálózatán 2 darab villamos ívkemence üzemel (2. ábra). A területén lévő középfeszültségű fogadóállomás több más független fogyasztó energiaellátását is biztosítja. Esetünkben valamennyi fogyasztó érzékeli az ívkemencék üzemviteléből adódó feszültségingadozások okozta jelenségeket, mivel flicker-kompenzáció nem került kiépítésre a középfeszültségű hálózaton. Megjegyzés: jelen esetben nem térünk ki a villogás szabványos mérésének, illetve a szabványban megadott határértékeinek ismertetésére.
A villogás-hatás csökkentésére irányuló műszaki megoldások megválasztása nagy körültekintést igényel. Az alkalmazható módszerek elve gyakorlatilag feszültségszint-független megközelítésen nyugszik, de az optimális megoldást csak a flickert okozó technológia és annak villamos környezetének pontos ismeretében tudjuk meghatározni.
A villogás jelenség enyhítésére (megszüntetésére) szolgáló műszaki megoldások tervezésekor minden esetben törekedni kell arra, hogy a feszültségingadozások amplitúdója minimalizálódjon a technológiai eljárás befolyásolása nélkül. A megoldási lehetőségek részletezésére nem térünk ki, csak egy rövid áttekintést kívánunk adni a lehetséges beavatkozási lehetőségekről, melyek lehetnek:
- a zárlati teljesítményviszonyok megváltoztatása;
- a villogást okozó fogyasztói berendezésektől mentes leágazások feszültségének kompenzálása;
- a fogyasztók áramának stabilizálása (villogás-kompenzálás).
A következőkben röviden a fogyasztók árama stabilitásának lehetőségeivel foglalkozunk az elvi alapok mellőzésével.
Amint már említettük, a villogás jelenségét a fogyasztó áramának gyors változása által okozott gyors feszültségingadozás okozza. Tehát egy flicker-kompenzátorral szemben állított követelményünk az, hogy a hálózat felé záródó eredő áram ingadozását oly mértékben csökkentse, hogy a villogás mértéke az összeférhetőségi szint alá mérséklődjön.
A dinamikus feszültség-stabilizálás eszközeinek alkalmazása a feszültségváltozások enyhítésére/kiküszöbölésére vonatkozó, műszakilag is elfogadott megoldások közé tartozik. A 3. ábra a dinamikus feszültségstabilizálás eszközeinek besorolását tartalmazza.
Valószínűsítjük, hogy az ábra megtekintését követően sok kérdés felmerül az olvasókban, ezen eszközök megválasztásával, működésével kapcsolatosan. Jelen cikk terjedelme azonban nem teszi lehetővé, hogy minden résszel teljes egészében foglalkozzunk, de már keressük a lehetőségét annak, hogy egy arra alkalmas fórum keretein belül megtegyük azt.
Reméljük, hogy a cikkel elértük célunkat, és a villamosenergia-minőség kérdéskörének egy igen érdekes jelenségét sikerült bemutatnunk. Az elmondottak alapján megállapíthatjuk, hogy a villogás egy igen szubjektív jelenség, s hatásának gazdasági költségét igen nehéz meghatározni a hálózati (fogyasztói) panaszok megjelenéséig!
Bibliográfia
- Prof. Zbigniew Hanzelka &
- Dr. Andrzej Bien: Power Quality Application Guide – Voltage Disturbances: Flicker, LPQI, 2006
- Dr. Dán András: Villamosenergia-minőség növelt rézkeresztmetszettel, Magyar Rézpiaci Központ
